二极管的分类与特性参数(精)

二极管的分类与参数
一、半导体二极管
1.1二极管的结构
半导体二极管简称二极管，由一个PN 结加上相应的电极引线和管壳构成，其基本结构和符号如图1所示。

图1 二极管的结构及符号
1.2 二极管的分类
1、根据所用的半导体材料不同，可分为锗二极管和硅二极管。

2、按照管芯结构不同，可分为： （1）点接触型二极管
由于它的触丝与半导体接触面很小，只允许通过较小的电流（几十毫安以下），但在高频下工作性能很好，适用于收音机中对高频信号的检波和微弱交流电的整流，如国产的锗二极管2AP 系列、2AK 系列等。

（2）面接触型二极管
面接触型二极管PN 结面积较大，并做成平面状，它可以通过较大了电流，适用于对电网的交流电进行整流。

如国产的2CP 系列、2CZ 系列的二极管都是面接触型的。

（3）平面型二极管
它的特点是在PN 结表面被覆一层二氧化硅薄膜，避免PN 结表面被水分子、气体分子以及其他离子等沾污。

这种二极管的特性比较稳定可靠，多用于开关、脉冲及超高频电路中。

国产2CK 系列二极管就属于这种类型。

3、根据管子用途不同，可分为整流二极管、稳压二极管、开关二极管、光电二极管及发光二极管等。

1.3 二极管的特性
引线
外壳线
触丝线
基片
二极管的电路符号：
P N 阳极
阴极
点接触型
1、正向特性
二极管正向连接时的电路如图所示。

二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就处于导通状态（灯泡亮），如同一只接通的开关。

实际上，二极管导通后有一定的管压降（硅管0.6～0.7V，锗管0.2～0.3V）。

我们认为它是恒定的，且不随电流的变化而变化。

但是，当加在二极管两端的正向电压很小的时候，正向电流微弱，二极管呈现很大的电阻，这个区域成为二极管正向特性的“死区”，只有当正向电压达到一定数值（这个数值称为“门槛电压”，锗二极管约为0.2V，硅二极管约为0.6V）以后，二极管才真正导通。

此时，正向电流将随着正向电压的增加而急速增大，如不采取限流措施，过大的电流会使PN结发热，超过最高允许温度（锗管为90℃～100℃，硅管为125℃～200℃）时，二极管就会被烧坏。

2、反向特性
二极管反向连接时的电路如图所示。

二极管的负极接在电路的高电位端，正极接在电路的低电位端，二极管就处于截止状态，如同一只断开的开关，电流被PN结所截断，灯泡不亮。

但是，二极管承受反向电压，处于截止状态时，仍然会有微弱的反向电流（通常称为反向漏电流）。

反向电流虽然很小（锗二极管不超过几微安，硅二极管不超过几十纳安），却和温度有极为密切的关系，温度每升高10℃，反向电流约增大一倍，称为“加倍规则”。

反向电流是衡量二极管质量好坏的重要参数之一，反向电流太大，二极管的单向导电性能和温度稳定性就很差，选择和使用二极管时必须特别注意。

图1-2-7 二极管的正向连接图1-2-8二极管的反向连接当加在二极管两端的反向电压增加到某一数值时，反向电流会急剧增大，这种状态称为二极管的击穿。

对普通二极管来说，击穿就意味着二极管丧失了单向导电特性而损坏了。

3、伏安特性
1．在正向电压作用下，当正向电压较小时，电流极小。

而当超过某一值时（锗管约为0.1V，硅管约为0.5V），电流很快增大。

人们习惯地将锗二极管正向电压小于0.1，硅二极管正向电压小于0.5V的区域称为死区。

而将0.1V称为锗
二极管的死区电压（又称门槛电压），0.5V 称为硅二极管的死区电压，通常用符号U ON 表示。

当正向电压超过门槛电压时，二极管正向电流急剧增大，二极管呈现很小电阻而处于导通状态。

硅管的正向导通电压约为0.6～0.7 V ，锗管约为0.2～0.3 V 。

2．在反向电压的作用下，当反向电压不大时，反向电流随反向电压的增大而稍有增大，但变化极微小。

当反向电压超过某一值时，反向电流急剧增大。

我们称此物理现象为雪崩击穿（avalanche breakdown ）。

出现击穿的外加电压值，称为击穿电压。

还有一种击穿叫齐纳击穿（zener breakdown ），它的击穿电压不高，不致造成PN 结内部过热以致烧毁，这种现象是可逆的，即当外加电压撤除后，器件的特性可以恢复。

齐纳击穿大多数出现在特殊二极管中，如稳压二极管。

图1-2-9二极管的伏安特性
二极管方程： 1.4 主要参数
二极管参数是反映二极管性能质量的指标，使用时必须根据二极管的参数合理选用。

1、 最大整流电流 I DM
二极管长期工作时，允许流过二极管的最大正向平均电流。

2、 最大反向工作电压U RM
二极管正常使用时允许加的最高反向电压值。

超过此值，二极管将有击穿的危险。

击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。

3、最大反向电流 I RM
)1(/-=T
U U S
e I I
指二极管加最大反向工作电压时的反向饱和电流。

反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。

反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。

硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。

4、最高工作频率f M
保持二极管单向导通性能时，外加电压允许的最高频率。

使用时如果超过此值，二极管的单向导电性能不能很好体现。

二极管工作频率与PN 结的极间电容大小相关，电容越小，工作频率越高。

5、二极管的极间电容
二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容C B 和扩散电容C D 。

势垒电容：由PN 结的空间电荷区形成的，又称结电容。

扩散电容：由多数载流子在扩散过程中的积累而引起的。

在P 区有电子的积累，在N 区有空穴的积累。

C B 在正向和反向偏置时均不能忽略。

而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。

正向电流大，积累的电荷多。

这样所产生的电容就是扩散电容C
D 。

PN 结高频小信号时的等效电路：
图1-2-10二极管的极间电容
PN 结正向偏置时，rd 很小，C 较大（主要取决于C D );
PN 结反向偏置时，rd 很大，C 较小（主要取决于C B ). 二极管模型
图1-2-11二极管模型
硅管：死区电压UT=0.5V ，管压降UD ＝0.6～0.7V ； 锗管：死区电压UT=0.1V ，管压降UD ＝0.2～0.3V 。

理想二极管： UT=0， UD ＝0， rD ＝0
二、稳压二极管
二极管工作在反向击穿状态时，尽管流经二极管的电流可以在较大范围变
UD
rD
化，但二极管的反向电压却基本不变。

稳压二极管简称稳压管，也是一个二极管，外形也相似。

因为具有稳压作用，故称为稳压管。

2.1稳压二极管的击穿方式
二极管的反向击穿：二极管处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过PN结的电流很小，但电压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这种现象我们就称为反向击穿。

二极管的正向击穿方式可分为雪崩击穿和齐纳击穿两种方式。

齐纳击穿：高掺杂情况下，耗尽层很窄，宜于形成强电场，而破坏共价键，使价电子脱离共价键束缚形成电子－空穴对，致使电流急剧增加。

雪崩击穿：如果掺杂浓度较低，不会形成齐纳击穿，而当反向电压较高时，能加快少子的漂移速度，从而把电子从共价键中撞出，形成雪崩式的连锁反应。

上述两种过程属电击穿，是可逆的，当加在稳压管两端的反向电压降低后，管子仍可恢复原来的状态。

但它有一个前提条件，即反向电流和反向电压的乘积不超过PN结容许的耗散功率，超过了就会因为热量散不出去而使PN结温度上升，直到过热而烧毁，这属于热击穿。

2.2 稳压二极管的参数
（1）稳定电压U Z
即反向击穿电压，它是稳压管正常工作时管子两端的电压。

由于工艺的原因，即时同一型号的稳压管，U Z的值也不一定相同，半导体手册给出的U Z是一个范围，但对于一个具体的稳压管，U Z是一个确定值。

（2）电压温度系数αZ
反映稳定电压值受温度影响的参数，表示温度每升高1℃时稳定电压值的相对变化量。

硅稳压管低于4V时具有负温度系数，高于7V时具有正的温度系数，在4V～7V之间，αZ很小。

稳定性要求较高的场合，一般采用4V～7V之间的稳压管。

稳定性要求更高的场合，可采用温度补偿的稳压管，即正负温度系数的两个二极管串联使用。

（3）动态电阻r Z
反向击穿状态下，稳压管两端电压变化量和相应的通过管子电流变化量之比。

r Z的大小反映稳压管性能的优劣。

r Z越小，稳压性能越好。

（4）稳定电流I Z、最大、最小稳定电流I zmax、I zmin。

稳定电流I Z是稳压管正常工作时的电流参考值。

实际电流低于此值，稳压效果略差，高于此值只要不超过最大稳定电流I zmax，电流越大，稳压效果越好，但管子的功耗将增加。

最大、最小稳定电流I zmax、I zmin分别指稳压管具有正常稳压作用时的最大工作电流和最小工作电流。

图2 稳压二极管特性
（5）最大允许功耗 稳压管不产生击穿的最大功率损耗，是由管子的温升 决定的参数。

三、发光二极管、光电二极管和变容二极管
发光二极管通常用元素周期表中Ⅲ、Ⅴ族元素的化合物，如砷化镓、磷化镓
等所制成的，当这种管子通以电流时将发出光来，这是由于电子与空穴直接复合而放出能量的结果。

光电二极管的结构与PN 结二极管类似，但在它的PN 结处，通过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。

这种器件的PN 结在反向偏置状态下运行，它的反向电流随光照强度的增加而上升。

反向电流随光照强度的增加而上升，可将光信号转换为电信号。

变容二极管是利用PN 结之间电容可变的原理制成的半导体器件，在高频调谐、通信等电路中作可变电容器使用。

变容二极管属于反偏压二极管，改变其PN 结上的反向偏压，即可改变PN 结电容量。

反向偏压越高，结电容则越少，反向偏压与结电容之间的关系是非线性的。

光电二极管
发光二极管
反向电流随光照
强度的增加而上升，可将光信号转换为电信号
图1-2-16 光电二极管 图1-2-17 发光二极
－
+
max
Z Z ZM I U P =。